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6e développement durable Stéphane Petit Collège Paul Duez - Cambrai Développeme

6e développement durable Stéphane Petit Collège Paul Duez - Cambrai Développement durable : l’ énergie éolienne. site éolien de Fauquembergues Inspiré et adapté du document de Franck Limosin : "Une quinzaine d’ exercices sur les éoliennes" 2 SOMMAIRE INTRODUCTION : L’ énergie éolienne pour un développement durable…………………………………………………………………… page 3 PREMIERE PARTIE : Installations des éoliennes et impacts sur l’ environnement. Distances réglementaires…………………………………………………………………………………………………………… page 4 Mesure du bruit………………………………………………………………………………………………………………………… page 5 Installations urbaines………………………………………………………………………………………………………………… page 6 Objectifs 2020……………………………………………………………………………………………………………………………. page 6 Parc offshore……………………………………………………………………………………………………………………………… page 7 Emissions de CO2………………………………………………………………………………………………………………………… page 8 DEUXIEME PARTIE : Puissance éolienne. Courbe de puissance…………………………………………………………………………………………………………………… page 9 Simulation…………………………………………………………………………………………………………………………………… page 10 Nucléaire "indispensable"…………………………………………………………………………………………………………… page 11 Puissance installée en France……………………………………………………………………………………………………… page 12 Puissance installée dans le monde : le top 10 mondial..……………………………………………………………… page 13 ANNEXE………………………………………………………………………………………………………………………………………. page 14 3 L'énergie éolienne pour un développement durable Christine Comeau Yves Gagnon, Chaire K.-C.-Irving en développement durable Université de Moncton juin 2007 Le 21e siècle reconnait sans contredit l'urgence de développer davantage le domaine des énergies renouvelables et propres. En effet, les organismes environnementaux et les gouvernements du monde entier sont rendus à la constatation que les sources d'énergie traditionnelles ont les désavantages d'être épuisables ou encore d'être très polluantes et même, dans bien des cas, les deux à la fois. Heureusement, la problématique est de plus en plus prise en considération et l'énergie éolienne est un excellent exemple d'innovation en matière d'approvisionnement en énergie pour de nombreux pays. (…) En bref, l'énergie éolienne, c'est l'énergie cinétique puisée des vents et convertie en énergie électrique. Elle représente une énergie verte puisqu'elle est à la fois renouvelable et non polluante. (…) L'énergie éolienne a énormément d'avantages. C'est un domaine qui est rentable et pour lequel les développements technologiques sont rapides. Les coûts de production sont très prévisibles et ceux- ci se stabilisent à long terme. En plus de produire de l'électricité, l'énergie éolienne offre des opportunités de développement économique en ce qui a trait à la fabrication des turbines, en plus de l'installation et de l'opération des parcs éoliens. (…) Face à l'environnement, l'énergie éolienne est exemplaire. Elle ne nécessite aucun carburant, n'émet aucun gaz à effet de serre, ne pollue ni l'air ni l'eau, ne détruit pratiquement aucun habitat et ne produit aucun déchet solide, toxique ou nucléaire. De plus, les turbines peuvent facilement être retirées d'un terrain si le besoin se présente et elles utilisent des matériaux recyclables. Evidemment, il existe certains désavantages à l'énergie éolienne, mais ceux-ci sont nettement supplantés par les nombreux avantages que nous venons d'énumérer. Notons d'abord l'intermittence des vents, qui est toutefois contrôlable grâce aux prévisions météorologiques qui peuvent fournir des données assez précises des prédictions de vent 72 heures à l'avance. Par ailleurs, malgré les perceptions, une turbine éolienne tue moins d'oiseaux annuellement qu'une voiture, qu'un édifice avec beaucoup de fenêtres, ou même qu'un chat; en fait, les oiseaux contournent les turbines, tandis que les tours tubulaires n'offrent pas d'endroits ou les oiseaux pourraient nicher. Comme toute infrastructure majeure, les parcs éoliens ne doivent toutefois pas être installés dans les corridors de vol des oiseaux migrateurs. Le bruit et l'esthétique font également partie des inquiétudes les plus souvent soulevées concernant l'énergie éolienne, mais il faut savoir que la technologie avancée en design de turbine tend à éliminer les bruits causés par celles-ci, et les parcs éoliens doivent être installés à des distances appropriées de toute habitation. Pour ce qui est de l'esthétique, les parcs éoliens doivent être installés en considération du paysage. Propre, infiniment renouvelable, économiquement viable et techniquement fiable, l'énergie éolienne est certainement une énergie sur laquelle nous devons miser dans le temps présent et pour l'avenir de notre planète. Source : http://www.elements.nb.ca/theme/energy07/YvesChristine/YvesChristine.htm 4 DISTANCES REGLEMENTAIRES 1) Dans un parc, les éoliennes sont regroupées par groupes mais doivent être espacées d’au moins 200m afin d’éviter les perturbations. Est-ce le cas sur la photo satellite ci-contre ? Vue satellite de l’une des fermes du site éolien de Fruges via googlemaps 2) Les éoliennes doivent être placées à au moins 300 m des habitations environnantes. À partir de 500m de distance, elles deviennent inaudibles pour les habitants (elles sont moins bruyantes que le vent). a) Sur la photo satellite ci-dessous, La distance réglementaire des éoliennes par rapport aux habitations est-elle respectée ? b) Les habitants peuvent-ils craindre d’entendre les éoliennes fonctionner ? Vue satellite de l’une des fermes du site éolien de Fruges via googlemaps Lire en annexe le fonctionnement des éoliennes conventionnelles. ………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………… 5 MESURE DU BRUIT Les données techniques ci-dessous indiquent le niveau sonore enregistré sur une éolienne en fonction de la vitesse du vent. Document technique de l’éolienne Vestas V90 – 3.0 MW http://www.vestas.com/fr/fr/actualités/brochures.aspx 1. a. Quelle est l’unité utilisée pour mesurer le niveau sonore ? ………………………………………………………….. b. À quelle distance du sol les mesures sont-elles effectuées ? ………………………………………………………… c. Quelle est la hauteur du mât de l’éolienne retenue pour effectuer ces mesures ? ……………………….. 2. Le niveau de bruit de l'éolienne est-il proportionnel à la vitesse du vent ? Justifier. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3. Le niveau sonore double tous les 3 dB. a. Citer deux vitesses de vents entre lesquelles l’éolienne est deux fois plus bruyante. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………… b. Entre des vitesses du vent de 5 m/s et de 9 m/s, combien de fois l’éolienne est-elle plus bruyante ? ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Remarque : Au pied de l'éolienne, quand le vent souffle à 7 m/s, le niveau de bruit n'est plus que de 55dB ; et à 500 m de l'éolienne, il chute à 35 dB, soit le niveau d'une conversation à voix basse. En fait le vent dans les oreilles est plus bruyant que l'éolienne elle-même ! INTENSITE DU SON (mode 0 ; 10 m au dessus du sol ; hauteur du moyeu 80 m ; densité de l’ air 1,225 kg/m3) 4 m/s ………………………………………………………………… 97,9 dB 5 m/s ………………………………………………………………… 100,9 dB 6 m/s ………………………………………………………………… 104,2 dB 7 m/s ………………………………………………………………… 106,1 dB 8 m/s ………………………………………………………………… 107,0 dB 9 m/s ………………………………………………………………… 106,9 dB 6 INSTALLATIONS URBAINES Une éolienne à axe vertical pourrait fournir en ville de l’électricité pour 3 logements (chauffage électrique NON compris). Le nombre de logements de Cambrai a été estimé à 16 458 en 2007. Source : http://www.cartesfrance.fr/Cambrai-59400/logement-Cambrai.html Combien d’éoliennes de ce type faudrait-il installer sur les toits des immeubles pour fournir de l’électricité (hors chauffage) à l’ensemble des logements de la ville de Cambrai ? ……………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………. Qu’en penses-tu ? Est-ce réaliste ? Est-ce réalisable ? ……………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………. Lire en annexe le fonctionnement des éoliennes urbaines. OBJECTIFS 2020 D'ici l'année 2020, 20 % de la production d'électricité en France devra provenir d'énergies renouvelables. L'énergie éolienne, comptant pour un quart de cet objectif, est donc indispensable. Elle devra fournir une puissance de 25 GW, dont 6 GW installée en mer (off-shore), soit environ 8000 éoliennes au total (source : SER-FEE). Quel pourcentage de la production électrique française les éoliennes devront- elles fournir en 2020 ? ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… Le Grenelle de l'environnement a donc fixé pour l'éolien en mer un objectif de 6 GW en 2020, ce qui permettra une production de 18 TWh par an, soit l'équivalent de la consommation domestique de 8 millions de Français, chauffage compris (source : SER-FEE). Lire en annexe le fonctionnement des éoliennes off-shore (en mer). 7 PARC OFF-SHORE Pour éviter un effet de mur quand on les observe depuis la côte, les éoliennes off-shore (en mer) sont installées en arc de cercle. Pour des raisons de sécurité, la zone délimitée en pointillés sur la carte ci- dessous est interdite à la navigation. Quelle est la superficie de la zone interdite à la circulation sur le plan ci-contre ? On choisira une unité appropriée. Cours : L’ aire d’ un disque de rayon R est donnée par la formule : π × R × R (π étant un nombre environ égal à 3,14) Exemple : L’ aire d’ un disque de rayon 3 cm est environ égale à : 3,14 × 3 × 3 = 28,26 cm² ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… L’hydrolienne, éolienne sous-marine. La première hydrolienne d'EDF a été immergée en Bretagne le 22 octobre 2011. L'hydrolienne, baptisée «l'Arcouest» et d'un diamètre de 16 mètres pour 850 tonnes, a été immergée à une profondeur de 35 mètres. Elle sera testée avant la création d'un parc de quatre machines pouvant alimenter 2.000 à 3.000 foyers. Les hydroliennes exploitent l’énergie des courants de marées. Une source d’énergie particulièrement intéressante car elle est régulière et inépuisable. Comme l’éolien utilise l’énergie cinétique de l’air, l’hydrolien utilise l’énergie cinétique de l’eau. La production d’électricité est prévisible, puisque les marées peuvent être calculées à l’avance. Les courants marins constituent une ressource énergétique intéressante car la densité de l’eau est importante, 1 000 fois supérieure à celle de l’air. Source : http://www.ecosources.info/dossiers/Hydrolienne_eolienne_sous-marine 8 ÉMISSIONS DE CO2 On considère le diagramme ci-dessous qui présente les émissions de CO2 évitées (en millions de tonnes) en France grâce à l’énergie éolienne uploads/Religion/ 6-edeveloppementdurablelenergieeolienne.pdf